JPH077639B2 - イオン源 - Google Patents
イオン源Info
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- JPH077639B2 JPH077639B2 JP63089852A JP8985288A JPH077639B2 JP H077639 B2 JPH077639 B2 JP H077639B2 JP 63089852 A JP63089852 A JP 63089852A JP 8985288 A JP8985288 A JP 8985288A JP H077639 B2 JPH077639 B2 JP H077639B2
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- Japan
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- discharge chamber
- ion source
- pair
- ion
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/04—Ion sources; Ion guns using reflex discharge, e.g. Penning ion sources
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はイオンビーム蒸着，イオン打ち込み，重イオ
ン科学等に利用できるPIG（Penning Ionization Gaus
e）型のイオン源に関する。
ン科学等に利用できるPIG（Penning Ionization Gaus
e）型のイオン源に関する。
従来の技術 従来のこの種のイオン源として、Bennettによって開発
された自己加熱型陰極径方向引き出し型イオン源（石川
順三；「イオン源工学」（アイオニクス,1986）P462）
があり、第５図のような構造になっていた。
された自己加熱型陰極径方向引き出し型イオン源（石川
順三；「イオン源工学」（アイオニクス,1986）P462）
があり、第５図のような構造になっていた。
円筒状陽極１の両端に陰極２を配設した構造になってい
る。この構造で、アルゴンなどの気体をイオン種導入口
３から円筒状陽極１内に供給し、ソレノイド４によるＸ
方向の磁界と、電源５により作られる陽極１と陰極２間
の電界を適当に設定することにより、陰極２から放出さ
れた電子は、磁力線に沿ったサイクロトロン運動，直交
電磁界によるドリフト運動および陰極２の間の振動運動
の合成によって、陰極２からの電子は中性粒子との衝突
でそのエネルギーをほぼ使い尽くすまでプラズマ生成に
利用される。すなわち、上記のPIG（Penning Ionizatio
n Gauge）放電によってプラズマを生成し、電源７と接
続されたイオン引き出し電極８で、陽極１の側面に開け
られたスリット状のイオン導出口６から、Ｙ方向にイオ
ンをビームとして引き出す。
る。この構造で、アルゴンなどの気体をイオン種導入口
３から円筒状陽極１内に供給し、ソレノイド４によるＸ
方向の磁界と、電源５により作られる陽極１と陰極２間
の電界を適当に設定することにより、陰極２から放出さ
れた電子は、磁力線に沿ったサイクロトロン運動，直交
電磁界によるドリフト運動および陰極２の間の振動運動
の合成によって、陰極２からの電子は中性粒子との衝突
でそのエネルギーをほぼ使い尽くすまでプラズマ生成に
利用される。すなわち、上記のPIG（Penning Ionizatio
n Gauge）放電によってプラズマを生成し、電源７と接
続されたイオン引き出し電極８で、陽極１の側面に開け
られたスリット状のイオン導出口６から、Ｙ方向にイオ
ンをビームとして引き出す。
発明が解決しようとする課題 しかし、このような構造のものでは、PIG放電用の磁界
を軸方向に印加するために、スリットからイオンを引き
出す構造になっており、引き出されたイオンビームが短
冊型となり、シリコンウエハー等の試料上に大面積に均
一な照射を行うことが困難であった。
を軸方向に印加するために、スリットからイオンを引き
出す構造になっており、引き出されたイオンビームが短
冊型となり、シリコンウエハー等の試料上に大面積に均
一な照射を行うことが困難であった。
そこで本発明は、上記問題点に鑑み２組の陰極を四方向
に設け、PIG放電用の磁界を二個のソレノイドによるカ
スプ磁場で印加することにより、イオン源内にディスク
状のプラズマを生成し、円柱状のイオンビームを得て大
面積に均一なイオン照射を行うことができるイオン源の
提供を目的とする。
に設け、PIG放電用の磁界を二個のソレノイドによるカ
スプ磁場で印加することにより、イオン源内にディスク
状のプラズマを生成し、円柱状のイオンビームを得て大
面積に均一なイオン照射を行うことができるイオン源の
提供を目的とする。
課題を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本発明は、イオン種導入口
とイオン導出口を有する円筒状の放電室と、放電室の側
面の四方から突き出て放電室に対して負の電圧が印加さ
れた二対の円柱陰極と、一対の円柱電極の中心軸の両端
に巻かれた一対のソレノイドとを備え、前記一対のソレ
ノイドが磁気的に反発するように電流が流され、ソレノ
イドが付けられた一対の陰極とは別の一対の陰極の中心
軸上で零磁場となるカスプ磁場印加手段を有するイオン
源を提供する。
とイオン導出口を有する円筒状の放電室と、放電室の側
面の四方から突き出て放電室に対して負の電圧が印加さ
れた二対の円柱陰極と、一対の円柱電極の中心軸の両端
に巻かれた一対のソレノイドとを備え、前記一対のソレ
ノイドが磁気的に反発するように電流が流され、ソレノ
イドが付けられた一対の陰極とは別の一対の陰極の中心
軸上で零磁場となるカスプ磁場印加手段を有するイオン
源を提供する。
また、本発明は、前記放電室内にマイクロ波を放射する
マイクロ波放射手段を付加したイオン源をも提供する。
マイクロ波放射手段を付加したイオン源をも提供する。
作 用 本発明のイオン源によれば、カスプ磁場配位のソレノイ
ドの中心軸に一対の陰極を設置し、それと垂直方向の零
磁場の所にもう一対の陰極を置き、円筒状の陽極を設け
ることにより、イオン種導入口より放電ガスを導入する
と、カスプ磁場により円筒陽極の中央にPIG放電による
プラズマが生成される。
ドの中心軸に一対の陰極を設置し、それと垂直方向の零
磁場の所にもう一対の陰極を置き、円筒状の陽極を設け
ることにより、イオン種導入口より放電ガスを導入する
と、カスプ磁場により円筒陽極の中央にPIG放電による
プラズマが生成される。
この結果、従来のように、一軸方向にプラズマが生成さ
れ短冊型のイオンビームではなく、大面積の円筒状イオ
ンビームを得ることができる。
れ短冊型のイオンビームではなく、大面積の円筒状イオ
ンビームを得ることができる。
また、PIG放電とマイクロ波放電を組み合わせることに
より、反応性ガスを用いた場合、PIG放電用の陰極表面
がガスと反応して変質し、放電が不安定になってもマイ
クロ波放電により放電に必要な電子が十分に供給される
ため、放電が安定する。
より、反応性ガスを用いた場合、PIG放電用の陰極表面
がガスと反応して変質し、放電が不安定になってもマイ
クロ波放電により放電に必要な電子が十分に供給される
ため、放電が安定する。
実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいが説明す
る。
る。
第１図と第２図において、11は放電室で、イオン種導入
口12とイオン導出口13とを有している。14,14′は放電
室11の側面の四方に設置された円柱陰極で、放電室11の
円柱陰極14,14′の間には中心に突き出た曲率を持つ直
交する２軸に対称の陽極15が設置されている。放電室11
の外側には一対の円柱陰極14の中心軸Ｘの両端に巻かれ
た一対のソレノイド16が設置されている。
口12とイオン導出口13とを有している。14,14′は放電
室11の側面の四方に設置された円柱陰極で、放電室11の
円柱陰極14,14′の間には中心に突き出た曲率を持つ直
交する２軸に対称の陽極15が設置されている。放電室11
の外側には一対の円柱陰極14の中心軸Ｘの両端に巻かれ
た一対のソレノイド16が設置されている。
このような構造において、それぞれの円柱陰極14,14′
は絶縁ガイシ17によって放電室11とは電気的に絶縁され
ており、電源18により例れば−200Vの電圧を円柱陰極14
に印加する。このとき陽極15をアース電位にし、イオン
種導入口12から例えばアルゴンを導入する。また第３図
に示したように、一対のソレノイド16が磁気的に反発す
るように電流19,19′を流し、ソレノイド16が付けられ
た一対の円柱陰極14とは別の一対の円柱陰極14′の中心
軸Ｙ上で零磁場になるようにカスプ磁界20（例えばソレ
ノイド16の中央で0.8キロガウス）配位を得る。円柱陰
極14,14′と陽極15の電位差による電界21とカスプ磁界2
0により、電離電子を放電室11に閉じ込めることがで
き、電子が壁面に拡散することなく粒子との衝突によ
り、エネルギーを使い尽くすまでプラズマ生成に利用で
きる。すなわち、カスプ磁界20により陽極15に水平方向
の磁界20が形成され、磁界20の方向に電子の運動を制限
することができ、陽極15壁面で消滅することなく電子の
飛行長を増す効果があり、カスプ磁界により電子が閉じ
込められる。磁界20が垂直に交わる円柱陰極14,14′壁
面は電子が消滅するが、電界21により円柱陰極14,14′
は電子の反射電極となる。磁界20と電界21とを同時に利
用することにより、電子を壁面に拡散させることなく放
電室11内に閉じ込めることができ、放電室11の附近に高
密度のプラズマを生成させることができる。このとき、
イオン導出口13を多孔（例えばφ2mmの孔が７個）に
し、イオン引き出し電極22に例えば−10KVの電位を電源
23により印加すると、放電室11内のプラズマからアルゴ
ンイオンを円筒状イオンビーム24を得ることができる。
なお、本発明のイオン源の放電室11の内外部は非磁性体
で構成されている。
は絶縁ガイシ17によって放電室11とは電気的に絶縁され
ており、電源18により例れば−200Vの電圧を円柱陰極14
に印加する。このとき陽極15をアース電位にし、イオン
種導入口12から例えばアルゴンを導入する。また第３図
に示したように、一対のソレノイド16が磁気的に反発す
るように電流19,19′を流し、ソレノイド16が付けられ
た一対の円柱陰極14とは別の一対の円柱陰極14′の中心
軸Ｙ上で零磁場になるようにカスプ磁界20（例えばソレ
ノイド16の中央で0.8キロガウス）配位を得る。円柱陰
極14,14′と陽極15の電位差による電界21とカスプ磁界2
0により、電離電子を放電室11に閉じ込めることがで
き、電子が壁面に拡散することなく粒子との衝突によ
り、エネルギーを使い尽くすまでプラズマ生成に利用で
きる。すなわち、カスプ磁界20により陽極15に水平方向
の磁界20が形成され、磁界20の方向に電子の運動を制限
することができ、陽極15壁面で消滅することなく電子の
飛行長を増す効果があり、カスプ磁界により電子が閉じ
込められる。磁界20が垂直に交わる円柱陰極14,14′壁
面は電子が消滅するが、電界21により円柱陰極14,14′
は電子の反射電極となる。磁界20と電界21とを同時に利
用することにより、電子を壁面に拡散させることなく放
電室11内に閉じ込めることができ、放電室11の附近に高
密度のプラズマを生成させることができる。このとき、
イオン導出口13を多孔（例えばφ2mmの孔が７個）に
し、イオン引き出し電極22に例えば−10KVの電位を電源
23により印加すると、放電室11内のプラズマからアルゴ
ンイオンを円筒状イオンビーム24を得ることができる。
なお、本発明のイオン源の放電室11の内外部は非磁性体
で構成されている。
次に本発明の第２の実施例について説明する。
第４図は第２の実施例を示しており、この実施例は、放
電室31にマイクロ波放射用のアンテナ32が配設されてい
る点が第１の実施例と大きく異なる所である。放電室31
はイオン種導入口33とイオン導出口34を有しており、放
電室31にはイオン導出口34と対向してマイクロ波導入用
のコネクター35が取り付けてあり、コネクター35は中央
に絶縁物36で支持された同軸線37があり、同軸線37は放
電室31の中央に位置するリング状のアンテナ32に接続さ
れてある。また放電室31の側面の四方には円柱陰極38が
設置されており、円柱陰極38の間には中心に突き出た曲
率を持つ直交する２軸に対して対称の陽極39がある。ま
た、放電室31の外側には一対の円柱陰極38の中心軸Ｘの
両端に巻かれた一対のソレノイド40が設置されている。
電室31にマイクロ波放射用のアンテナ32が配設されてい
る点が第１の実施例と大きく異なる所である。放電室31
はイオン種導入口33とイオン導出口34を有しており、放
電室31にはイオン導出口34と対向してマイクロ波導入用
のコネクター35が取り付けてあり、コネクター35は中央
に絶縁物36で支持された同軸線37があり、同軸線37は放
電室31の中央に位置するリング状のアンテナ32に接続さ
れてある。また放電室31の側面の四方には円柱陰極38が
設置されており、円柱陰極38の間には中心に突き出た曲
率を持つ直交する２軸に対して対称の陽極39がある。ま
た、放電室31の外側には一対の円柱陰極38の中心軸Ｘの
両端に巻かれた一対のソレノイド40が設置されている。
このような構造において、酸素等の反応性ガスをイオン
種導入口33から供給すると、円柱陰極38と陽極39とによ
って形成される電界とソレノイド40によって形成される
カスプ磁界によるPIG放電により、放電室31にプラズマ
が生成される。この場合、円柱陰極38が放電維持用の電
子供給源となるが、酸素プラズマにより、円柱陰極38の
表面が酸化されると電子供給が不安定になり、放電が不
安定になる。この時、マイクロ波電力41をコネクター35
を通してアンテナ32で放電室31に放射すると、プラズマ
中の電子がマイクロ波からエネルギーをもらうために、
円柱陰極38からの電子供給が不安定になってもマイクロ
波による電子エネルギーの供給が可能になり、放電は安
定になる。この安定なプラズマをイオン引き出し電極42
により、イオン導出口34から引き出しイオンビーム43を
形成する。なお、イオン種導入口33から供給するガスを
反応性ガスとしたが、希ガスでも同じ効果を奏する。
種導入口33から供給すると、円柱陰極38と陽極39とによ
って形成される電界とソレノイド40によって形成される
カスプ磁界によるPIG放電により、放電室31にプラズマ
が生成される。この場合、円柱陰極38が放電維持用の電
子供給源となるが、酸素プラズマにより、円柱陰極38の
表面が酸化されると電子供給が不安定になり、放電が不
安定になる。この時、マイクロ波電力41をコネクター35
を通してアンテナ32で放電室31に放射すると、プラズマ
中の電子がマイクロ波からエネルギーをもらうために、
円柱陰極38からの電子供給が不安定になってもマイクロ
波による電子エネルギーの供給が可能になり、放電は安
定になる。この安定なプラズマをイオン引き出し電極42
により、イオン導出口34から引き出しイオンビーム43を
形成する。なお、イオン種導入口33から供給するガスを
反応性ガスとしたが、希ガスでも同じ効果を奏する。
なお、第１図と第４図において、25,44,45は絶縁ガイシ
である。
である。
発明の効果 本発明のイオン源によれば、カスプ磁場配位と二対の陽
・陰極の組み合わせで、PIG放電を得ることにより、円
柱状のプラズマが形成され、Siウェハー等の処理に有利
な円柱状のイオンビームを生成することができる。
・陰極の組み合わせで、PIG放電を得ることにより、円
柱状のプラズマが形成され、Siウェハー等の処理に有利
な円柱状のイオンビームを生成することができる。
又、PIG放電とマイクロ波放電を組み合わせることによ
り、反応性ガスを用いた場合等に放電が不安定になって
も、放電に必要な電子が十分に供給されるため、放電を
安定化できる。
り、反応性ガスを用いた場合等に放電が不安定になって
も、放電に必要な電子が十分に供給されるため、放電を
安定化できる。
第１図は本発明の第１の実施例のイオン源の正面図、第
２図はイオン源の平面図、第３図はイオン源の動作原理
の説明図、第４図は本発明の第２の実施例のイオン源の
正面図、第５図は従来のイオン源を示す正面図である。 1,31…放電室、12,33…イオン種導入口、13,34…イオン
導出口、14,14′,38…円柱陰極、15,39…陽極、16,40…
ソレノイド、32…アンテナ。
２図はイオン源の平面図、第３図はイオン源の動作原理
の説明図、第４図は本発明の第２の実施例のイオン源の
正面図、第５図は従来のイオン源を示す正面図である。 1,31…放電室、12,33…イオン種導入口、13,34…イオン
導出口、14,14′,38…円柱陰極、15,39…陽極、16,40…
ソレノイド、32…アンテナ。
Claims (6)
- 【請求項１】イオン種導入口とイオン導出口を有する円
筒状の放電室と、放電室の側面の四方から突き出て放電
室に対して負の電圧が印加された二対の円柱陰極と、一
対の円柱陰極の中心軸の両端が巻かれた一対のソレノイ
ドとを備え、前記一対のソレノイドが磁気的に反発する
ように電流が流され、ソレノイドが付けられた一対の陰
極とは別の一対の陰極の中心軸上で零磁場となるカスプ
磁場印加手段を有するイオン源。 - 【請求項２】ソレノイドの中心磁場が0.2〜1.2キロガウ
スである特許請求の範囲第１項記載のイオン源。 - 【請求項３】放電室が、円柱陰極の間に中央に突き出た
曲率を持つ陽極である特許請求の範囲第１項記載のイオ
ン源。 - 【請求項４】放電室内にマイクロ波を放射するマイクロ
波放射手段を有する特許請求の範囲第１項記載のイオン
源。 - 【請求項５】マイクロ波放射手段が、放電室内に突出し
たアンテナである特許請求の範囲第４項記載のイオン
源。 - 【請求項６】マイクロ波放射手段が、導波管，真空封じ
のマイクロ波導入窓，マイクロ波電力に対して空胴共振
器の構造を有する放電室からなる特許請求の範囲第４項
記載のイオン源。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63089852A JPH077639B2 (ja) | 1988-04-12 | 1988-04-12 | イオン源 |
| KR1019890004761A KR920003157B1 (ko) | 1988-04-12 | 1989-04-11 | PIG(Penning Ionization Gause)형의 이온원 |
| US07/336,934 US4931698A (en) | 1988-04-12 | 1989-04-12 | Ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63089852A JPH077639B2 (ja) | 1988-04-12 | 1988-04-12 | イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01264141A JPH01264141A (ja) | 1989-10-20 |
| JPH077639B2 true JPH077639B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=13982310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63089852A Expired - Lifetime JPH077639B2 (ja) | 1988-04-12 | 1988-04-12 | イオン源 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4931698A (ja) |
| JP (1) | JPH077639B2 (ja) |
| KR (1) | KR920003157B1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05144397A (ja) * | 1991-11-20 | 1993-06-11 | Mitsubishi Electric Corp | イオン源 |
| US5539274A (en) * | 1993-09-07 | 1996-07-23 | Tokyo Electron Limited | Electron beam excited plasma system |
| US6879109B2 (en) * | 2003-05-15 | 2005-04-12 | Axcelis Technologies, Inc. | Thin magnetron structures for plasma generation in ion implantation systems |
| US8581523B2 (en) | 2007-11-30 | 2013-11-12 | Mevion Medical Systems, Inc. | Interrupted particle source |
| CN111681937B (zh) * | 2020-06-09 | 2021-04-06 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种高能离子注入机用冷阴极潘宁离子源装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4259145A (en) * | 1979-06-29 | 1981-03-31 | International Business Machines Corporation | Ion source for reactive ion etching |
| US4344019A (en) * | 1980-11-10 | 1982-08-10 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Penning discharge ion source with self-cleaning aperture |
| US4728862A (en) * | 1982-06-08 | 1988-03-01 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | A method for achieving ignition of a low voltage gas discharge device |
| US4630566A (en) * | 1984-08-16 | 1986-12-23 | Board Of Trustees Operating Michigan State University | Microwave or UHF plasma improved apparatus |
| US4800281A (en) * | 1984-09-24 | 1989-01-24 | Hughes Aircraft Company | Compact penning-discharge plasma source |
-
1988
- 1988-04-12 JP JP63089852A patent/JPH077639B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-04-11 KR KR1019890004761A patent/KR920003157B1/ko not_active Expired
- 1989-04-12 US US07/336,934 patent/US4931698A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR920003157B1 (ko) | 1992-04-20 |
| KR890016609A (ko) | 1989-11-29 |
| US4931698A (en) | 1990-06-05 |
| JPH01264141A (ja) | 1989-10-20 |
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